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DE102008019717A1 - Verbunddämmplatte mit Vakuumdämmung und Latentwärmespeicher - Google Patents

Verbunddämmplatte mit Vakuumdämmung und Latentwärmespeicher Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen ebenen Dämmplattenverbund, bestehend aus einer Kombination einer evakuierten Dämmplatte und einem Latentwärmespeichermaterial, die mit Platten aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik von beiden Seiten abgedeckt sind. Die fertigen Sandwichelemente werden üblicherweise in die Rahmen eines Pfosten-/Riegelsystems eingebaut. Dadurch wird bei geringer Gesamtdicke eine hohe Wärmedämmwirkung und große Wärmespeicherkapazität erreicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen ebenen Dämmplattenverbund, bestehend aus einer Kombination einer evakuierten Dämmplatte und einem Latentwärmespeichermaterial, die mit Platten aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik von beiden Seiten abgedeckt sind. Der Dämmplattenverbund zeichnet sich durch eine hohe Dämmwirkung bei gleichzeitig hoher Wärmespeicherkapazität und geringer Gesamtdicke aus.
  • Mit evakuierten Wärmedämmplatten kann man hohe Dämmwirkungen mit kleinsten Dämmstärken erreichen. Sie bestehen in der Regel aus einem evakuierbaren, porösen Material geringer Wärmeleitfähigkeit und einer vakuumdichten Umhüllung, z. B. einer metallisierten Hochbarrierefolie aus Kunststoff. Für Anwendungen, bei denen es auf lange Lebensdauern ankommt, z. B. im Gebäudebereich, haben sich mikroporöse Kieselsäurepulver als Füllmaterial bewährt, da nur ein grobes Vakuum (ca. 5 mbar) benötigt wird, um die Wärmeleitfähigkeit der Luft praktisch auszuschalten. Je nach Ausführung werden damit Wärmeleitfähigkeiten zwischen 0,003 und 0,005 W/mK erreicht. Bei einer Belüftung, z. B. durch eine Beschädigung der Umhüllungsfolie steigt die Wärmeleitfähigkeit auf 0,020 W/mK an.
  • Vakuumdämmplatten sind für die Anwendung in Gebäuden interessant, wenn wenig Platz zur Verfügung steht, trotzdem aber sehr gut gedämmt werden soll. Zur Dämmung von Außenwänden werden die Vakuumdämmplatten z. B. mit Hilfe von Schienensystemen aus Kunststoffen an der Fassade befestigt. Eine verbreitete Ausführung von Bauteilen mit Vakuumdämmplatten sind Dämmelemente, die insbesondere in Pfosten-/Riegelsysteme eingebaut werden können. Ein Patent ( DE 4339435 ) schlägt hier vor, Vakuumdämmplatten zwischen zwei Glasscheiben einzulegen und den Randverbund ähnlich auszuführen, wie es in der Zweischeibenisolierglastechnik üblich ist: Ein metallischer Abstandshalter wird an den Rand eingelegt und gegen die Glasscheiben mit einer dünnen Lage einer Primärdichtung aus Butyl abgedichtet. Nach der Außenseite hin erfolgt eine Sekundärabdichtung mit Thiokol.
  • Ein weiteres Patent ( EP 1180183 ) erweitert diese Konstruktion dahingehend, dass auch Abdeckungen aus Metall oder Kombinationen Metall/Glas möglich sind.
  • Diese bisherigen Dämmelemente haben aber den Nachteil, dass ihr Wärmedämmvermögen zwar sehr hoch ist, sie jedoch nur eine vergleichsweise geringe Wärmekapazität aufweisen. Dies kann insbesondere in Häusern nachteilig sein, die aus leichten Baustoffen mit geringem Wärmespeichervermögen aufgebaut sind. Dort kann es im Sommer leicht zu einer Überhitzung der Räume kommen. Aus diesem Grunde gibt es Vorschläge solche Gebäude zusätzlich mit Latentspeichermaterialien auszurüsten, die Temperaturschwankungen im Innenbereich geringer halten können. Findet der Phasenwechsel von fest nach flüssig in diesen Materialien z. B. bei Temperaturen von 25°C statt, so werden Temperaturschwankungen in diesem Bereich auf kleinere Werte, z. B. zwischen 22°C bis 28°C gehalten. Dadurch kann ein angenehmeres Raumklima erreicht werden.
  • Latentwärmespeichermaterialien, die bei diesen Temperaturen eingesetzt werden können, bestehen meistens aus Mischungen von Paraffinen oder Salzhydraten, die in dem gewünschten Temperaturbereich ihren Schmelzpunkt haben. Da die flüssigen und festen Paraffine und Salzhydrate nicht einfach zu handhaben sind, müssen diese verkapselt sein. Die einfachste Möglichkeit ist, die Paraffine oder Salzhydrate in einem flachen Behälter unterzubringen ( DE 102 16 263 ). Üblicherweise besteht dieser aus Polyethylen. Um diesen beispielsweise gegen Paraffine auslaufsicher zu gestalten, kann die Innenseite des Behälters fluoriert sein. Bisher hat es sich aber als unpraktisch herausgestellt, solche Behälter in Bauteile mit zu integrieren, da diese nicht auslaufsicher und der Einbau aufwändig ist. Eine Lösung stellen mikroverkapselte Latentwärmespeicher dar ( DE 10 2004 049341 ). In kleinen Partikeln ist das fest/flüssige Paraffin so verpackt, dass es nicht in das umgebende Medium auslaufen kann. Diese mikroverkapselten Latentwärmespeicher können z. B. in eine Gipskartonplatte eingearbeitet werden, deren Wärmespeicherfähigkeit damit erhöht wird. Allerdings ist die Wärmekapazität pro Volumen eines mikroverkapselten Latentwärmespeichermaterials deutlich geringer als die Speicherfähigkeit eines Paraffins oder Salzhydrates, das z. B. in einen Flachbehälter eingefüllt ist. Zudem wurde eine Integration von Latentwärmespeichermaterialien in eine offenporige Polyurethanmatrix vorgeschlagen ( DE 10 2007 013 898 ), wodurch auslaufsichere, plattenförmige PCM Elemente hergestellt werden können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Speicherverbund der Latentspeichermaterialien zu finden, bei der die PCM mit hoher Volumen- und Massendichte auslaufsicher und wenig aufwändig eingelagert werden können.
  • Um die beschriebenen Nachteile bisheriger Systeme zu beheben, schlägt die Erfindung vor, einen flachen Behälter, der mit Latentwärmespeichermaterial gefüllt ist, in ein Wärmedämmelement zu integrieren. Insbesondere soll das Dämmelement aus einer evakuierten Dämmplatten bestehen, das von sich aus nur wenig Platz benötigt, um eine hohe Dämmwirkung zu entfalten. Typischerweise liegt die Dicke des Vakuumdämmelements zwischen 10 und 30 mm und erreicht einen U-Wert zwischen 0,15 und 0,5 W/m2K. Auf das ebene Vakuumdämmelement wird das ebene Latentwärmespeicherelement aufgelegt, wobei es vorzugsweise gleich Längen- und Breitendimensionen wie das Vakuumelement aufweist. Vakuumdämm- und Latentwärmespeicherelement können durch Klebstoffe miteinander kraftschlüssig verbunden sein. Vakuumdämm- und das Latentwärmespeicherelement können auch aus mehreren Teilen bestehen, die nebeneinander liegen.
  • Die aufeinanderliegenden Elemente werden beidseitig von dünnen Platten aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall abgedeckt. Diese können mit den dazwischenliegenden Elementen auch verklebt sein. Die Abdeckungen sollen in der Länge und Breite üblicherweise etwas größer sein als die innenliegenden Wärmedämm- und Wärmekapazitätselemente, so dass sie leicht überstehen. Dadurch sind die üblicherweise gegenüber Beschädigungen empfindlichen Vakuumdämmplatten besser geschützt. Der so entstehende Randbereich kann durch einen Abstandshalter aufgefüllt werden. Der Abstandshalter kann z. B. aus Metall, aus Kunststoff, aus einem Isolierschaum oder ähnlichem bestehen. Er kann auch in der Art des Abstandshalters einer Isolierscheibenverglasung mit primärer und sekundärer Abdichtung ausgeführt sein. Der Abstandshalter ist üblicherweise mit den beiden Abdeckplatten mittels eines Klebemittels oder mittels Schrauben kraftschlüssig verbunden.
  • Das Latentwärmespeicherelement kann im Prinzip aus einem oder mehreren flachen Polyethylenbehälter, die mit einem geeigneten Paraffin gefüllt sind, bestehen. Aus Kostengründen wird eine Ausführung bevorzugt, bei der das Latentwärmespeichermaterial sich in einem offenporigem Hartschaum befindet, der in einer Kunststofffolie, vorzugsweise eine Aluminiumverbundfolie, verpackt ist. Die Hülle aus der Kunststofffolie ist rundum versiegelt, so dass kein Material austreten kann. Der Hartschaum weist eine Porosität von mehr als 90% auf, so dass der freie Raum voll von dem Latentwärmespeichermaterial genutzt werden kann. Dadurch ergibt sich eine hohe Wärmespeicherfähigkeit pro Volumeneinheit. Als Hartschaum wird bevorzugt ein offenporiger Polyurethanschaum verwendet, der eine hohe mechanische Stabilität bei ausreichender Offenporigkeit aufweist.
  • Das flüssige Latentwärmespeichermaterial wird in der Weise in den offenporigen Hartschaum eingebracht, dass der Schaum zunächst luftleer gepumpt wird. In diesem Zustand saugt sich das flüssige Paraffin in den Schaum ein und füllt alle Hohlräume. Dadurch dass die Öffnungen zwischen den Poren in dem bevorzugten Polyurethanhartschaum relativ klein sind, bleibt die Flüssigkeit im Schaum unbeweglich und fließt an der Oberfläche nicht aus. Die äußere Kunststoffhülle dient dann im wesentlichen nur noch als zusätzlicher Schutz.
  • Die dargestellte Form des Latentwärmespeichers lässt sich besonders gut mit einer Vakuumdämmplatte kombinieren, die ähnlich aufgebaut ist: Ein Kern aus einem offenporigem Material wird von eine Hochbarrierefolie umhüllt und in einer Vakuumkammer luftleer gepumpt. Die letzte Siegelnaht wird verschlossen, die Vakuumkammer belüftet und die evakuierte Dämmplatte entnommen. Besonders bevorzugt für Anwendungen im Baubereich, bei denen von Nutzungsdauern der Vakuumdämmplatten von mehreren Jahrzehnten ausgegangen wird, sind Dämmkerne aus mikroporösem Kieselsäurepulver.
  • Die Dicke der Vakuumdämmung kann zwischen 5 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 10 mm und 20 mm betragen. Die Dicke des Latentwärmespeicherelements ebenfalls zwischen 5 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 10 mm und 20 mm.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass auch weitere Lagen, z. B. zur Schalldämmung mit der Vakuumdämmung und Latentwärmespeicher kombiniert werden können, wobei bereits alleine durch die Integration des PCM Elementes die Schalldämmung im Vergleich zur reinen PCM Platte verbessert wird. Ebenso sind Schichten zur weiteren Dämmung und Verklebung, z. B. durch Polyurethanschaum möglich.
  • Die Dicke der Abdeckungen der Dämm- und Speicherschichten liegen in einem Bereich zwischen einem und fünf Millimeter. Bevorzugt wird eine metallische Abdeckung z. B. aus Aluminiumblech. Es können aber auch Kombinationen aus metallischen Abdeckungen auf einer Seite und einer Glasscheibe auf der anderen Seite eingesetzt werden.
  • Die fertigen Sandwichelemente werden üblicherweise in die Rahmen eines Pfosten-/Riegelsystems eingebaut. Dabei ist darauf zu achten, dass die Vakuumdämmung außen liegt und das Latentwärmespeichermaterial raumseitig. Nur in diesem Fall kann sowohl die hohe Wärmedämmwirkung und hohe Wärmespeicherwirkung der erfindungsgemäßen Verbundplatte voll genutzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4339435 [0003]
    • - EP 1180183 [0004]
    • - DE 10216263 [0006]
    • - DE 102004049341 [0006]
    • - DE 102007013898 [0006]

Claims (12)

  1. Verbundelement bestehend aus mindestens zwei mehr als 30% der Elementfläche überdeckende Lagen, die auf beiden Seiten mit Platten aus Kunststoff, Metall, insbesondere Blech, Glas oder Keramik (1, 2) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage aus einer Wärmedämmschicht (3) und mindestens eine weitere Lage (4) aus einer Schicht besteht, die zu mindestens zu 30% des Volumens oder des Gewichts ein Latentwärmespeichermaterial enthält.
  2. Verbundelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmplatte (3) evakuiert ist.
  3. Verbundelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (3) Polyrethanschaum ist, der als Platte oder in eingespritzter Form eingebracht wird.
  4. Verbundelement nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseitigen Abdeckungen (1, 2) in Länge und Breite gleich groß oder größer sind als die inneren Lagen (3, 4) der Verbundplatte.
  5. Verbundelement nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (5) mit einem Abstandshalter aus Kunststoff, Metall oder einem Schaummaterial ausgefüllt ist.
  6. Verbundelement nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Lagen (3, 4) untereinander verklebt sind.
  7. Verbundelement nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatten (1, 2) mit den inneren Lagen (3, 4) ganz oder teilweise verklebt sind.
  8. Verbundelement nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatten (1, 2) mit den inneren Lagen (3, 4) nicht verklebt sind.
  9. Verbundwärmedämmplatt nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Latentwärmespeicherschicht (4) aus einem mit Latentwärmespeichermaterial gefülltem, offenporigem Hartschaum besteht, der mit einer Kunststofffolie luftdicht umhüllt ist.
  10. Verbundwärmedämmplatte nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (3) aus einem evakuierten Füllstoff besteht, der mit einer Hochbarrierefolie vakuumdicht umhüllt ist.
  11. Verbundwärmedämmplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der evakuierte Füllstoff aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäure, Perlitpulver oder deren Mischungen besteht.
  12. Verbundwärmedämmplatte nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese in ein Wandsystem so eingebaut wird, dass die Latentwärmespeicherschicht (4) raumseitig liegt.
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